【正文】 啟動，手架開始旋轉。 當手架旋轉 180176。當凸輪上的 F 點到達 E點位置后，插刀動作結束。 當手臂縮回動作完成后，發(fā)出手架復位指令。后，電動機 M 停止工作，帶動凸輪轉動的電動機也停止工作，凸輪停止轉動。 此種機構如果設計出適當?shù)耐馆啓C構便可是從動件實現(xiàn)預期的運動，而且結構簡單、緊湊。為保證活塞桿的強度和穩(wěn)定性，需要將手臂伸縮液壓缸的尺寸設計得大一些，那么手架旋轉軸的負載也會變大，使得加工中心換刀機械手的整體結構不會很緊湊，占用的空間也較大。 圖 和圖 所示的手架伸縮和手架旋轉機構中，手架旋轉軸上開有很長的鍵槽，并通過滑鍵與圓錐齒輪相聯(lián)接。但圖 所示的機構由于采用了凸輪機構，為保證準確換刀，就需要精確的計算出凸輪的旋轉速度和凸輪的輪廓曲線，同時還要精確的控制電動機 M 的起、停時間。故選用圖 所示機構會比較理想 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 8 頁 一些。 設計結構分析 設計參數(shù) 手架伸縮液壓缸最大行程： 110mm； 手臂伸縮液壓缸最大行程： 60mm； 手指夾緊液壓缸最大行程： 10mm； 夾持工件質量： 8kg； 換刀過程手架旋轉角度： 180176。 ； 自由度分析及各自由度的實現(xiàn) 分析自由度的坐標形式有：直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式以及關節(jié)坐標式等等 [6]，本設計中采用直角坐標式對 加 工中心換刀機械手的自由度進行分析，如圖 所示。 (2) 手臂伸縮運動 (Y )：由伸縮式液壓缸控制實現(xiàn)。 (4) 手架旋轉運動 (Z? )：由電動機帶動單級圓錐齒輪來實現(xiàn)，通過控制電動機的啟停時間即可實現(xiàn)手架旋轉 75176。完成主軸刀具和刀庫刀具互換運動、手架反向旋轉 75176。 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 9 頁 圖 自由度分析 加工中心換刀機械手的組成 加工中心換刀機械手由執(zhí)行機構、驅動機構、控制系統(tǒng)、檢測機構組成 [6]，各部分特點如下： 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構是完成各種動作的部件總稱，它由抓取部分（手部）、腕部、臂部和手架等運動部件所組成。本設計采用夾持式手部，即由手爪和傳力機構組成，它的主要功能是在換刀過程中完成抓住工件、握持工件和釋放工件的動作。 手臂部分：手臂是支撐被抓物體以及手指部分的重要部件，起調整和改變工件方位的作用。 手架部分：用于承受手部以及手臂部分的總體重量，在本設計中它還用于通過旋轉運動實現(xiàn)加工中 心主軸刀具和刀庫刀具的互換運動。 本設計中的各個運動主要是直線往復運動。同時，由于液壓驅動的抗沖擊能力比電氣驅動的抗沖擊能力要強，而且 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 10頁 在產生相同驅動力（力矩）的條件下，與其他驅動方式相比，液壓驅 動系統(tǒng)還具有體積小、慣性小、工作平穩(wěn)可靠以及可實現(xiàn)較高位置精度的特點 [5]。 對于手架的旋轉運動，由于手架旋轉軸要實現(xiàn)：旋轉 75176。交換主軸刀具和刀庫刀具和反向旋轉 75176。所以，本設計中的手架旋轉運動由電動機帶動單級圓錐齒輪來實現(xiàn)。它通過位置檢測的反饋來檢測各部分機構工作的位置精度，從而保證能準確地實現(xiàn)加工中心換刀機械手的換刀動作。 檢測機構 檢測是為了進行比較和判斷提供依據，位置檢測是通過將位置變化反饋給輸入變量從而達到一定的定位精度和位置精度。 本章小結 本章主要是介紹了一些目前常用加工中心換刀機械手的主要換刀形式，如 兩手伸縮回轉式單臂雙爪機械手、剪式手爪回轉 式單臂雙爪機械手、兩手互相垂直的回轉式單臂雙爪機械手等等 ，也給出了三種手臂伸縮與手指夾緊機構和兩種 手架旋轉軸與手架伸縮機構的設計方案，并通過論證分析，確定了最終的設計方案。 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 11頁 第 3 章 換刀機械手的結構設計及尺寸確定 前一章對機械手的整體結構進行了方案論證，并確定了技工中心換刀機械手的基本結構及工作范圍，本章將在上一章的基礎上對機械手的各部分結構進行具體的設計 。 手指部分的相關校核 根據文獻 [8， 7294]， 對手指部分重要部位的校核過程如下： 軸和手指的材料都選用 45 號鋼，它們的許用剪應力 ??? =70MPa、許用擠壓應力 ][ij? =140MPa、 許用拉應力 ][? =300MPa； 軸Ⅰ校核 ?? ?? AP /1? )1010/( 3 9 62 ????? = MPa )101013/(?? ?????? APij? = MPa ∵ ][?? ?? ， ][ ijij ?? ? ∴軸Ⅰ安全。 手指強度校核 A 截面的抗彎截面模量公式如下： zIW y /? () 式中： 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 14頁 yI —— 形心軸慣性矩； z —— 截面圖形的形心位置； A 部分 ② 截面處的圖形形狀如圖 所示，部分 ① 處的形心位置為： )](3/[)2(101 babahz ???? () 式中： h =， b =20mm， a =10mm， 將各值代入式 ()可得 2z = 其截面面積為： 1A =[20 － 10 (－ )]/2=(－ )/2=2 部分 ② 處的形心位置為： 2z =5mm 其截面面積為： cHA ?2 =26 = A 處截面的形心位置為： )/()( 212211 AAzAzAz ??? =( + 5)/(+) =(+)/= )](36/[)4( 22222222321211 babbaahAaI ????? = (102+4 10 20+202)/[36 (20+10)]+(－ 5)2 =+= 12/3112222 hbAaI ?? = 26/12+(－ 5)2 =+= mm4 21 IIIy ?? =+= mm4 將各值代入式 ()得： ?AW A 截面處的彎矩： AM = 故危險截面 A 處的拉應力為： 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 15頁 1 2 6/???? WM AA? MPa ∵ ][?? ?A ∴安全。 手指夾緊液壓缸設計 手指夾緊液壓缸各部分尺寸的確定 根據 文獻 [9， 512]，由： 4/)(4/ 22212 ?? dDPFFPD f ???? () 得： 12221 /)()/()(4 PPdDPFFD f ???? ? () 式中： 1P —— 液壓缸的工作壓力，本設計中初取 1P =； 2P —— 液壓缸 回油腔背 壓力，對 于簡單 系統(tǒng)和 一 般輕載的 節(jié)流調速系統(tǒng) , 2P =~，在本設計中初取估算值 2P =； 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 16頁 Dd/ —— 活塞桿直徑與液壓缸內徑之比，因在工作壓力 1P 2MPa 時， Dd/ =~，本設計中取 Dd/ =； F —— 工作循環(huán)中的最 大外負載，本設計中 F =500N； fF —— 液壓缸密封處的摩擦力， fF =F (1/ C? 1)； C? —— 密封處的機械效率，一般 C? =~，本設計中取 C? =； 將各值代入式 ()，可得： D =； 為便于采取標準的密封件，根據液壓缸內徑尺寸系列，將內徑 D 進行圓整，取D =32mm。 手指夾緊液壓缸的最大儲油量為： 4/2 ?LDV? () 式中 L 為活塞桿的最大行程，這里取 L =10mm， 則有：4/1032 2 ???V = 3mm = 活塞的寬度 DB )~(? =~32mm，為減少手指夾緊液壓缸的整體重量，取B =20mm。 由于本設計中手指夾緊液壓缸的缸體內徑較小，并且活塞的行程也不大，為方便它的加工制造，在這里將活塞和活塞桿設計成一體的形式。 材料的選擇 根據文獻 [5， 8792]，對手指夾緊液壓缸各 元件的材料選取如下： 活塞桿材料采用實心的 45 號鋼，并進行表面淬火處理，以提高活塞桿硬度；由于活塞與活塞桿是一體的，所以活塞的材料也為 45 號鋼，但為了增加它的耐磨性，需在活塞的表面覆蓋一層耐磨材料，常用耐磨材料有青銅、黃銅、尼龍等等。 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 17頁 缸蓋的材料選用 HT200 鑄件。 為方便采用標準的密封件，結合手指夾緊液壓缸的相關計算，并根據文獻 [9， 512]，中的活塞桿直徑系列和液壓缸內徑尺寸系列，取手指夾緊液壓缸的缸體外徑為 0D =45mm,手臂伸縮液壓缸內徑 D =63mm。 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 20頁 對于手指夾緊液壓缸，選用型號為 AQF3— 610B 的調速閥，其最小穩(wěn)定流量minQ =35mL/min，液壓缸的最小穩(wěn)定速度 2min vv ? =12m/min； 由式 ()可得 ： 2min2 /vQA ? =(35ml/min)/(12m/min)= cm2 本設計中 4/3222 ??A ==，故設計符合要求，液壓缸能達到所需的低速要求。 手架旋轉機構設計 手架旋轉軸的設計 估算手架旋轉軸所承受的負載 兩機械手手指的質量： 1m = 2=； 上擋板的質量： 2m =； 下?lián)醢宓馁|量： 3m =； 后擋板的質量： 4m =； 側擋板的質量： 5m = 2=； 手指與活塞桿之間連接間的質量： 6m =； 夾持工件的質 量： 7m =8kg； 手指夾緊液壓缸前端蓋質量： 8m =； 手指夾緊液壓缸后端蓋質量： 9m =； 手指夾緊液壓缸缸筒質量： 10m =； 手臂伸縮液壓缸前端蓋質量： 11m =； 遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計 第 21頁 手臂伸縮液壓缸缸筒質量： 12m =； 上套件質量： 13m =； 上套件質量： 14m =； 當儲油量最大時油液的質量： 3 5 k )(mm/kg900 315 ?????? Vm ? 手架旋轉軸所承受的總質量為： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 01 1 1 2 1 3 1 4 1 5( )2m m m m m m m m m m mm m m m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? =(++++++8+++ +) 2++++=； 手架旋轉軸所承受的負載為： mgF? = = 手架旋轉軸的校核 初取手架旋轉軸的軸徑 d =30mm； 手架旋轉軸所承受的負載為： m =； 手架旋轉軸的質量為： m? =； 取 手架旋轉所需的驅動力距等于手架旋轉時受到的慣性力距，則根據文獻 [11， 78106]有： ?? )( 02021 JJJM ???慣 () 式中： 01J —— 手臂回轉部件對回轉軸線的轉動慣量； 02J —— 手架旋轉軸 對回轉軸線的轉動慣量； ? —— 手架旋轉軸旋轉時的角加速度， 這里初取手架旋轉軸的轉速 n =1m/s,則其角速度 ? =2π rad/s，設手架旋轉軸從靜止開始到達到穩(wěn)定速度所需的時間為 Δ t =,則： ? =Δ ? /Δ t =(2π rad/s)/()=20π rad/s2； 機械手夾緊力的校核： 2?MRF ?慣 () 取手架回轉的角速度 ?? 2? ， R =300mm， 則由式 ()得：